Un motore sincrono è una sorta di motore CA. Un motore CA si riferisce a un motore che prende l'alimentazione CA come input e la converte in movimento rotatorio (conversione da energia elettrica a energia meccanica). La differenza principale tra un motore CA e un motore CC è che la velocità di un motore CC è controllata dalla sua tensione, mentre la velocità di un motore CA è una funzione della frequenza di alimentazione.
Esistono due tipi di motori CA.
- Motori sincroni
- Motori a induzione (motore asincrono)
Motori sincroni
Un motore sincrono si riferisce a un motore CA che funziona a velocità sincrona. Il motore sincrono è costituito principalmente da due parti, una è il rotore e l'altra è lo statore. Lo statore è una parte fissa e il rotore è una parte mobile del motore sincrono. Il motore sincrono utilizza uno statore proprio come un motore a induzione per generare un campo magnetico rotante (RMF).
Il rotore di un motore sincrono è costituito da bobine di magneti permanenti eccitate da un'alimentazione CC. Quando viene fornita alimentazione CA allo statore, viene prodotto un campo magnetico rotante (RMF). Il rotore ha poli con polarità diverse. Quando questo campo magnetico del rotore interagisce con lo statore RMF, a causa delle diverse polarità, lo statore RMF e il campo magnetico del rotore si bloccano, poiché RMF si muove a velocità sincrona e il rotore inizia a ruotare a velocità sincrona. Quindi, sono chiamati motori sincroni o motori a velocità costante.
Principio di funzionamento del motore sincrono
Un motore sincrono si basa sul principio dell'interblocco magnetico. L'avviamento di un motore sincrono è lo stesso di un motore a induzione inizialmente eccitato dall'alimentazione CA trifase fornita allo statore. Se la macchina ha raggiunto la velocità massima, ovvero il 90% della sua velocità, al rotore viene fornita una sorgente CC.
Una sorgente trifase è collegata all'avvolgimento dell'armatura e l'armatura sviluppa un campo magnetico rotante che ruota con una velocità sincrona di 120f/P. Una volta eccitiamo i poli permanenti dell'avvolgimento di campo creato dalla sorgente CC che cerca di attrarre il polo diverso dei poli magnetici rotanti. Se i poli magnetici vengono attratti e bloccati, il rotore continua a ruotare con velocità sincrona.
Dove,
f = frequenza
e p = numero di poli
Costruzione del motore sincrono
Il motore sincrono è costituito da due parti primarie; Statore e rotore
Statore:
Uno statore è una parte stazionaria (immobile) di una macchina sincrona. Lo statore comprende un nucleo in ghisa noto come giogo che fornisce resistenza alla macchina. In un motore sincrono, l'avvolgimento dell'indotto è posizionato sopra lo statore, noto come avvolgimento dello statore. Il nucleo dello statore è costituito da fogli di laminazione in acciaio che aiutano a ridurre le perdite per correnti parassite. I condotti di ventilazione sono ricavati nel telaio della macchina resistente alle alte temperature. L'avvolgimento dell'avviatore è un avvolgimento trifase eccitato dall'alimentazione CA trifase.
Rotore:
Un rotore è una parte rotante (mobile) di una macchina sincrona. Il rotore incorpora un avvolgimento di campo alimentato con corrente continua tramite collettori rotanti. Il rotore è diviso in due tipi noti come polo saliente e polo non saliente. La maggior parte dei motori sincroni utilizza una struttura a poli salienti.
Rotore a polo saliente:
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Il rotore a polo saliente ha un diametro grande e una lunghezza assiale ridotta. Il traferro nel rotore dei poli salienti non è uniforme e i poli sporgono verso l'esterno sulla superficie del rotore. I poli sono laminati in acciaio al silicio e portano l'avvolgimento di campo, e le facce polari sono generalmente dotate di fessure (forniscono supporto) per l'avvolgimento a gabbia di scoiattolo. Le barre dell'ammortizzatore sono cortocircuitate ad entrambe le estremità mediante anelli di rame. Il funzionamento dell'avvolgimento dell'ammortizzatore fornisce principalmente la coppia di avviamento e limita l'oscillazione (rumore indesiderato e vibrazioni della macchina) in un motore sincrono.
Rotore a poli non salienti:
La struttura di un rotore a poli non salienti è cilindrica, che contiene fessure parallele per posizionare gli avvolgimenti del rotore. Le fessure sono collegate in serie ai collettori rotanti, che sono eccitati dalla sorgente di alimentazione CC. Il palo non saliente è costituito da solido materiale in acciaio. Ha un diametro molto piccolo e una lunghezza coassiale molto lunga con un traferro uniforme.
Differenza tra motore sincrono e motore a induzione (motore asincrono)
| Si No | Proprietà differenziante | Motore sincrono | Motore a induzione |
|---|---|---|---|
| 1. | Definizione | Un motore sincrono si riferisce a un motore CA che funziona a velocità sincrona. | È noto anche come motore asincrono. Si riferisce a un motore CA in cui il rotore ruota a una velocità inferiore alla velocità sincrona. |
| 2. | Eccitazione | È una macchina doppiamente eccitata. | È un'unica macchina eccitata. |
| 3. | Di partenza | Funziona a velocità sincrona e la velocità non dipende dal carico. | Ha velocità variabili. La velocità del motore a induzione è inversamente proporzionale alla velocità; se si aumenta il carico, la velocità del motore a induzione diminuisce. |
| 4. | Operazione | Può essere azionato con un fattore di potenza anticipato e ritardato semplicemente modificandone l'eccitazione. | Funziona solo con un fattore di potenza ritardato. |
| 5. | Alimentazione elettrica | Le alette dell'armatura sono eccitate da un'alimentazione CA e il suo avvolgimento di campo è eccitato da un'alimentazione CC. | Il suo avvolgimento dello statore è eccitato da una sorgente CA. |
| 6. | Di partenza | Non è ad avvio automatico. | È un motore ad avviamento automatico. |
| 7. | Costo | È più costoso rispetto a un motore a induzione con la stessa tensione e potenza. | È conveniente rispetto al motore sincrono con la stessa tensione e potenza. |
Vantaggi del motore sincrono
- Il motore sincrono funziona a velocità costante, il che significa che la sua velocità non dipende dal carico. Ad esempio, viene utilizzato negli orologi.
- La frequenza operativa del motore sincrono è elevata.
- Un motore sincrono sovraeccitato può sviluppare potenza reattiva; pertanto, soddisfa i carichi elevati e stabilizza il sistema.
- Un motore sincrono viene utilizzato principalmente per azionare carichi elevati, che richiedono elevata potenza a bassa velocità. Ad esempio, i mulini.
Svantaggi del motore sincrono
- Il motore sincrono necessita di una sorgente CC separata per l'eccitazione del rotore, mentre l'altro motore non necessita di alcuna eccitazione separata.
- È costoso.
- Richiede spazzole e anelli collettori per l'eccitazione del rotore, quindi a causa di questi si verificano perdite.
Applicazione del motore sincrono
Nell’era digitale, un motore sincrono trova ampia applicazione nella vita di tutti i giorni. L'applicazione più comune del motore sincrono riguarda gli oggetti che richiedono una velocità costante perché la frequenza di alimentazione è controllata con precisione a breve e lungo termine, ad esempio orologi digitali e analogici, registratori, giradischi fonografici, ecc.